DE102016215555A1

DE102016215555A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016215555A1
Application number: DE102016215555.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Roske; Raffael Kuberczyk; Juri Pawlakowitsch; Bernd Unseld; Thomas Rosemeier; Peter Ziemer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-02-22
Also published as: US10495187B2; US20180051782A1; CN107763154A

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) sowie fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) umfasst, wobei eine an der Abtriebswelle (GW2) ausgebildete Verzahnung (GW2A), welche zur Leistungsübertragung an ein getriebe-internes oder getriebe-externes Differentialgetriebe (AG) eingerichtet ist, und die drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) in folgender axialen Reihenfolge angeordnet sind: Verzahnung (GW2A), erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) in einer gemeinsamen Radsatzebene (RSE), dritter Planetenradsatz (P3); sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe. Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
Die Patentanmeldung DE 10 2012 207 017 A1 der Anmelderin beschreibt ein Mehrstufengetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1, welches für den Einsatz in einem Front-Quer-Antrieb eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Bei derartigen Getrieben ist auf eine kurze axiale Baulänge zu achten, da das Getriebe üblicherweise zwischen einem Verbrennungsmotor und einer Radaufhängung, bzw. Struktur des Kraftfahrzeugs anzuordnen ist. Der Abtrieb des Getriebes sollte zudem möglichst nah zur Antriebsseite des Getriebes angeordnet sein, damit die Seitenwellen zwischen dem Differentialgetriebe der Antriebsachse und Antriebsrädern möglichst lang ausgeführt werden können. Dies reduziert den Beugewinkel der Seitenwellengelenke, und somit deren Belastung im Betrieb.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das im Stand der Technik bekannte Mehrstufengetriebe derart zu modifizieren, dass der Abtrieb des Getriebes näher zur Antriebsseite des Getriebes angeordnet ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Ein Minus-Radsatz bezeichnet einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
Das Getriebe umfasst eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten bis dritten Planetenradsatz sowie ein erstes bis fünftes Schaltelement. Der erste und zweite Planetenradsatz sind dabei je als Minus-Radsatz ausgebildet und in einer gemeinsamen Radsatzebene angeordnet. Die Radsatzebene ist rechtwinklig zur Drehachse der Antriebswelle ausgerichtet. Unter einer Anordnung in einer gemeinsamen Radsatzebene wird verstanden, dass ein überwiegender Anteil der Elemente der beiden Planetenradsätze in der gemeinsamen Radsatzebene angeordnet ist.
Der dritte Planetenradsatz weist ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element auf. Das erste Element wird stets durch ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes gebildet. Ist der dritte Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch dessen Steg gebildet, und das dritte Element durch dessen Hohlrad. Ist der dritte Planetenradsatz als ein Plus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch dessen Hohlrad gebildet, und das dritte Element durch dessen Steg.
Die Antriebswelle ist mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Die Abtriebswelle ist mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes sowie mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Steg des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden.
Durch Schließen des ersten Schaltelements ist die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbindbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist das dritte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist der Steg des zweiten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements ist die Antriebswelle mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbindbar.
Erfindungsgemäß sind eine an der Abtriebswelle ausgebildete Verzahnung, welche zur Leistungsübertragung an ein getriebe-internes oder getriebe-externes Differentialgetriebe eingerichtet ist, und die drei Planetenradsätze in folgender axialer Reihenfolge angeordnet: Verzahnung, erster und zweiter Planetenradsatz in der gemeinsamen Radsatzebene, dritter Planetenradsatz. Die „axiale Reihenfolge“ bezieht sich dabei auf die Drehachse der Antriebswelle, oder jede achsparallel dazu ausgerichtete Achse. Durch die im Vergleich zu der im Stand der Technik bekannten Anordnung kann die axiale Baulänge des Getriebes durch diese Anordnung weiter reduziert werden. Zudem kann die Abtriebsverzahnung nun näher an der Antriebsschnittstelle des Getriebes angeordnet werden. Das Differentialgetriebe ist Bestandteil des Getriebes, wenn es im selben Gehäuse wie das Getriebe angeordnet ist.
Vorzugsweise ist das erste Schaltelement axial zwischen der Radsatzebene, in welcher der erste und zweite Planetenradsatz angeordnet sind, und dem dritten Planetenradsatz angeordnet. Auch dadurch wird die Anordnung der Abtriebsverzahnung näher zur Antriebsschnittstelle des Getriebes begünstigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das dritte Schaltelement zumindest abschnittsweise radial außerhalb des ersten Schaltelements angeordnet. Elemente des ersten und dritten Schaltelements sind daher in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Durch eine derartige radiale Schachtelung kann die axiale Baulänge des Getriebes kurz gehalten werden.
Vorzugsweise sind Elemente des zweiten Schaltelements und die Elemente des dritten Planetenradsatzes in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, welche rechtwinklig zur Drehachse der Antriebswelle ausgerichtet ist. Durch eine derartige radiale Schachtelung kann die axiale Baulänge des Getriebes kurz gehalten werden.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist das vierte Schaltelement axial unmittelbar neben dem dritten Schaltelement angeordnet. Alternativ dazu kann das vierte Schaltelement radial innerhalb eines Wälzlagers angeordnet sein, welches zumindest zur radialen Abstützung der Abtriebswelle gegenüber einem drehfesten Bauelement des Getriebes eingerichtet ist. Beide Varianten begünstigen einen axial kurzen Aufbau des Getriebes.
Prinzipiell kann jedes der fünf Schaltelemente als formschlüssiges Schaltelement, also beispielsweise als Klauenkupplung, oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, also beispielsweise als Lamellenkupplung. Vorzugsweise ist das vierte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Formschlüssige Schaltelemente stellen im geschlossenen Zustand die Verbindung durch Formschluss her, und zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann das vierte Schaltelement als ein kraftschlüssiges Reibschaltelement ausgebildet sein, dessen Lamellen ausschließlich belaglose Reibflächen aufweisen. In anderen Worten weist der scheibenförmige Grundkörper jeder Lamelle des Reibschaltelements keinen auf die Lamelle aufgebrachten Reibbelag auf. Die Reibflächen einzelner oder sämtlicher Lamellen eines solchen Reibschaltelements können jedoch wärmebehandelt sein, beispielsweise nitriert. Derartige Reibschaltelemente sind für hohe Flächenpressungen ausgelegt, und können daher mit kleiner Reibfläche und wenigen Lamellen ausgebildet werden. Dadurch können die Schleppverluste eines solchen Schaltelements im geöffneten Zustand reduziert werden.
Vorzugsweise ist die Verzahnung der Abtriebswelle axial zwischen dem fünften Schaltelement und der Radsatzebene angeordnet, in welcher der erste und zweite Planetenradsatz angeordnet sind. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann das fünfte Schaltelement radial innerhalb der Verzahnung der Abtriebswelle angeordnet sein. Beide Varianten begünstigen einen axial kurzen Aufbau des Getriebes.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der dritte Planetenradsatz als ein Plus-Radsatz ausgebildet. Dadurch kann die Gangabstufung des Getriebes verbessert werden.
Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor, wobei der Rotor in ständiger oder schaltbarer Wirkverbindung zur Antriebswelle steht. Die ständige oder schaltbare Verbindung kann dabei als unmittelbare Verbindung oder als mittelbare Verbindung ausgebildet sein. Bei einer direkten, drehfesten Anbindung des Rotors an die Antriebswelle ist die elektrische Maschine koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Bei einer Ausbildung als mittelbare Verbindung ist der Rotor über ein festes Übersetzungsverhältnis an die Antriebswelle ständig oder schaltbar angebunden, beispielsweise über ein Zugmittelgetriebe, über zumindest einen Stirnradsatz oder über einen zusätzlichen Planetenradsatz, wobei ein Element dieses Planetenradsatzes drehfest festgesetzt ist. Ein Beispiel für ein Zugmittelgetriebe ist ein Kettentrieb.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die elektrische Maschine achsparallel zur Antriebswelle angeordnet, wodurch die axiale Baulänge des Getriebes kurz gehalten werden kann.
Vorzugsweise ist die Leistungsübertragung zwischen der Verzahnung der Abtriebswelle und dem getriebe-internen oder getriebe-externen Differentialgetriebe mittels eines zweistufigen Stirnradsatzes, mittels eines Kettentriebs oder mittels eines einstufigen Stirnradsatzes und nachgeschaltetem Planetenradsatz ausgebildet. Sämtliche Varianten begünstigen einen axial kurzen Aufbau des Getriebes.
Das Getriebe kann einen oder mehrere Torsionsschwingungsdämpfer aufweisen, welche zur Dämpfung von Drehschwingungen eingerichtet, und vorzugsweise in der Wirkverbindung zwischen der Antriebschnittstelle des Getriebes und der Antriebswelle angeordnet sind. Derart können von einer getriebeexternen Antriebseinheit erzeugte Drehschwingungen zur Antriebswelle hin gedämpft werden.
Das Getriebe kann ferner eine Trennkupplung aufweisen. Durch Schließen der Trennkupplung wird jene Welle des Getriebes mit der Antriebswelle verbunden, an welcher die Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit ausgebildet ist. Diese Welle wird auch als Anschlusswelle bezeichnet. Die Trennkupplung kann als kraftschlüssige oder als formschlüssige Kupplung ausgebildet sein.
Prinzipiell kann dem Getriebe in bekannter Weise ein Anfahrelement vorangeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Ein solches Anfahrelement kann auch integraler Bestandteil des Getriebes sein, indem ein oder zwei Schaltelemente des Getriebes als Anfahrelement dienen. Das Anfahrelement ermöglicht bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang einen Anfahrvorgang, indem es einen Schlupfzustand zwischen dem als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete getriebe-externe Antriebseinheit und Abtriebswelle des Getriebes ermöglicht.
Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug sein. Der Antriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über den zumindest einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Antriebswelle des Getriebes drehelastisch verbunden, bzw. verbindbar ist. Zwischen Antriebswelle und Verbrennungskraftmaschine kann sich die Trennkupplung befinden, welche Bestandteil des Getriebes sein kann. Ausgangswellen des Differentialgetriebes sind mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden. Weist das Getriebe die elektrische Maschine auf, so ermöglicht der Antriebsstrang mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
Eine ständige Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht. Derart ständig verbundene Elemente drehen stets mit der gleichen Abhängigkeit zwischen deren Drehzahlen. In einer ständigen Verbindung zwischen zwei Elementen kann sich kein Schaltelement befinden. Eine ständige Verbindung ist daher von einer schaltbaren Verbindung zu unterscheiden. Eine ständig drehfeste Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht und deren verbundene Elemente somit stets die gleiche Drehzahl aufweisen.
Unter dem Begriff „Schließen eines Schaltelements“ wird ein Vorgang verstanden, bei dem das Schaltelement so angesteuert wird, dass es am Ende des Schließvorgangs ein hohes Maß an Drehmoment überträgt. Während formschlüssige Schaltelemente im „geschlossenen“ Zustand keine Differenzdrehzahl zulassen, ist bei kraftschlüssigen Schaltelementen im „geschlossenen“ Zustand die Ausbildung einer geringen Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften gewollt oder ungewollt möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 bis 3 je eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß eines ersten bis dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
4 eine Schnittansicht der mechanischen Konstruktion eines Getriebes gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
6 ein Schaltschema des Getriebes;
7 und 8 je eine Variante zur Anbindung einer elektrischen Maschine an das Getriebe; und
9 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Antriebswelle GW1, eine Abtriebswelle GW2, einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2 einen dritten Planetenradsatz P3, ein erstes Schaltelement A, ein zweites Schaltelement B, ein drittes Schaltelement C, ein viertes Schaltelement D sowie ein fünftes Schaltelement E auf. Der erste Planetenradsatz P1 und der zweite Planetenradsatz P2 sind je als ein Minus-Radsatz ausgebildet, und sind in einer gemeinsamen Radsatzebene RSE angeordnet. Der erste Planetenradsatz P1 ist dabei radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet. Der dritte Planetenradsatz P3 ist als Plus-Radsatz ausgebildet, und ist in einer Ebene RSE3 angeordnet, welche rechtwinklig zur Drehachse der Antriebswelle GW1 ausgerichtet ist. Die Radsatzebene RSE ist ebenso rechtwinklig zur Drehachse der Antriebswelle GW1 ausgerichtet.
Der dritte Planetenradsatz P3 weist ein erstes Element E13, ein zweites Element E23 und ein drittes Element E33 auf. Das erste Element E13 wird durch das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 gebildet. Das zweite Element E23 wird durch das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 gebildet. Das dritte Element E33 wird durch den Steg des dritten Planetenradsatzes P3 gebildet. Wäre der dritte Planetenradsatz P3 als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so würde das erste Element E13 weiterhin durch das Sonnenrad, das zweite Element E23 durch den Steg, und das dritte Element E33 durch das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 gebildet werden.
Die Antriebswelle GW1 ist mit dem ersten Element E13 ständig verbunden. Die Abtriebswelle ist mit einem Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Ein Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 sowie mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Ein Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden.
Durch Schließen des ersten Schaltelements A ist die Antriebswelle GW1 mit einem Sonnenrad E11 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B ist das dritte Element E33 drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements C ist das Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und das damit ständig verbundene Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festsetzbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements D ist der Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der damit ständig verbundene Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festsetzbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements E ist die Antriebswelle GW1 mit dem Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem damit ständig verbundenen Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar.
Die Abtriebswelle GW2 weist an einem Abschnitt eine Verzahnung GW2A auf, welche zur Leistungsübertragung zwischen der Abtriebswelle GW2 und einem getriebeinternen oder getriebe-externen, in 1 nicht dargestellten Differentialgetriebe eingerichtet ist. Die Verzahnung ist abhängig vom Mechanismus der Leistungsübertragung ausgeführt, beispielsweise als Kettenradverzahnung bei einer Leistungsübertragung mittels eines Kettentriebs, oder als schrägverzahnte Stirnradverzahnung bei einer Leistungsübertragung mittels eine Stirnradtriebs. Unmittelbar radial innerhalb der Verzahnung GW2A ist ein Wälzlager GW2L angeordnet, welches zumindest zur radialen Abstützung der Abtriebswelle GW2 gegenüber einem drehfesten Bauelement des Getriebes G geeignet ist, beispielsweise gegenüber einem Lagerschild, welches drehfest mit einem Gehäuse GG des Getriebes G verbunden ist.
Die Verzahnung GW2A ist axial zwischen dem fünften Schaltelement E und der Radsatzebene RSE angeordnet. Die Radsatzebene RSE ist axial zwischen der Verzahnung GW2A und dem vierten Schaltelement D angeordnet. Das vierte Schaltelement D ist axial zwischen der Radsatzebene RSE und dem ersten und dritten Schaltelement A, C angeordnet, welche radial ineinander geschachtelt sind. Das erste und dritte Schaltelement A, C sind axial zwischen dem vierten Schaltelement D und dem dritten Planetenradsatz P3 angeordnet. Das zweite Schaltelement B ist radial außerhalb des dritten Planetenradsatzes P3 in der Ebene RSE3 angeordnet.
Die fünf Schaltelemente A bis E sind schematisch als kraftschlüssige Schaltelemente dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Jedes der fünf Schaltelemente A bis E könnte auch als ein formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. 2 zeigt dabei ein zweites Ausführungsbeispiel des Getriebes G, in dem das vierte Schaltelement D in unveränderter Position als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das vierte Schaltelement D ist als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, und ist nun radial innerhalb der Abtriebswellenlagerung GW2L angeordnet. Die Ausbildung auf diesem kleinen Wirkdurchmesser führt zu einem verringerten Herstellaufwand der formschlüssigen Verbindung. 4 zeigt eine Schnittansicht der mechanischen Konstruktion eines Getriebes G gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
5 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Das fünfte Schaltelement E ist nun radial innerhalb der Abtriebswellenverzahnung GW2A angeordnet.
6 zeigt ein Schaltschema, welches für sämtliche Ausführungsbeispiele des Getriebes G anwendbar ist. Das Getriebe G ist zur Ausbildung von sechs Vorwärtsgängen 1 bis 6 sowie einem Rückwärtsgang R zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 eingerichtet. Das Schaltschema gibt durch ein X an, welche der Schaltelemente A bis E in welchem der Gänge 1 bis 6, R zu schließen sind. Der erste Vorwärtsgang 1 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D. Der zweite Vorwärtsgang 2 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C. Der dritte Vorwärtsgang 3 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B. Der vierte Vorwärtsgang 4 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements A und des fünften Schaltelements E. Der fünfte Vorwärtsgang 5 ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements E. Der sechste Vorwärtsgang 6 ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelement C und des fünften Schaltelements E. Der Rückwärtsgang R ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D.
7 zeigt eine erste Variante zur Anbindung einer elektrischen Maschine EM an die Antriebswelle GW1 des Getriebes G. Darin ist die elektrische Maschine EM koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet. Die elektrische Maschine EM weist einen drehfesten Stator auf, der einen drehbar gelagerten Rotor umschließt. Der Rotor ist mit der Antriebswelle GW1 drehfest verbunden. Radial innerhalb des Rotors ist eine Trennkupplung K0 angeordnet. Durch Schließen der Trennkupplung K0 ist eine Anschlusswelle AN mit der Antriebswelle GW1 verbindbar. Die Trennkupplung K0 ist beispielhaft als kraftschlüssiges Element dargestellt. Alternativ dazu könnte die Trennkupplung K0 auch als formschlüssiges Element ausgebildet sein. Zwischen zwei Abschnitten der Anschlusswelle AN ist ein Torsionsschwingungsdämpfer TS angeordnet.
8 zeigt eine zweite Variante zur Anbindung der elektrischen Maschine EM an die Antriebswelle GW1 des Getriebes G. Die elektrische Maschine EM ist nun achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet, wobei der Rotor mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden ist. Die ständige Verbindung umfasst dabei ein Stirnradgetriebe ST1, mittels dem der Achsabstand zwischen Antriebswelle GW1 und elektrischer Maschine EM überbrückt wird. Die Trennkupplung K0 ist zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Stirnradgetriebes ST1 angeordnet.
9 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über den Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Das in 9 dargestellte Getriebe G entspricht dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordneter elektrische Maschine EM. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Verbrennungskraftmaschine VKM könnte über den Torsionsschwingungsdämpfer TS auch direkt mit der Antriebswelle GW1 des Getriebes G verbunden sein. Der Antriebsstrang könnte mit jedem der gegenständlichen Ausführungsbeispiele ausgeführt sein, mit oder ohne elektrische Maschine EM.
Der Antriebsstrang könnte einen hydrodynamischen Drehmomentwandler enthalten, welcher im Kraftfluss zwischen der Verbrennungskraftmaschine VKM und der Antriebswelle GW1 des Getriebes G anzuordnen ist. Ein solcher Drehmomentwandler kann auch eine Überbrückungskupplung umfassen. Der Fachmann wird Anordnung und räumliche Lage der einzelnen Komponenten des Antriebsstranges je nach den äußeren Randbedingungen frei konfigurieren. Die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung wird über das Differentialgetriebe AG auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. In 9 ist das Differentialgetriebe AG, die Leistungsübertragung von Abtriebswelle GW2 zum Differentialgetriebe AG, die elektrische Maschine EM sowie die Leistungsübertragung zwischen der elektrischen Maschine EM und der Antriebswelle GW1 in einer Schnittebene dargestellt. Auch dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die gewählte Darstellung soll lediglich den Aufbau illustrieren. Differentialgetriebe AG und elektrische Maschine EM können auch in verschiedenen Schnittebenen angeordnet sein.
Bezugszeichen

G

Getriebe

GW1

Antriebswelle

AN

Anschlusswelle

GW2

Abtriebswelle

GW2A

Verzahnung

GW2L

Lagerung

P1

Erster Planetenradsatz

E11

Sonnenrad

E21

Steg

E31

Hohlrad

P2

Zweiter Planetenradsatz

E12

Sonnenrad

E22

Steg

E32

Hohlrad

P3

Dritter Planetenradsatz

E13

Erstes Element

E23

Zweites Element

E33

Drittes Element

A

Erstes Schaltelement

B

Zweites Schaltelement

C

Drittes Schaltelement

D

Viertes Schaltelement

E

Fünftes Schaltelement

GG

Gehäuse

RSE

Radsatzebene

RSE3

Ebene

EM

Elektrische Maschine

K0

Trennkupplung

TS

Torsionsschwingungsdämpfer

ST1

Stirnradgetriebe

1–6

Erster bis sechster Vorwärtsgang

R

Rückwärtsgang

VKM

Verbrennungskraftmaschine

AG

Differentialgetriebe

DW

Antriebsrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012207017 A1 [0002]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P3), sowie ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C), ein viertes Schaltelement (D) und ein fünftes Schaltelement (E) umfasst, – wobei der erste und zweite Planetenradsatz (P1, P2) als je ein Minus-Radsatz ausgebildet, und in einer gemeinsamen Radsatzebene (RSE) angeordnet sind, welche rechtwinklig zur Drehachse der Antriebswelle (GW1) ausgerichtet ist, – wobei der dritte Planetenradsatz (P3) ein erstes Element (E13), ein zweites Element (E23) und ein drittes Element (E33) aufweist, wobei das erste Element (E13) durch ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, wobei das zweite Element (E23) im Falle einer Ausbildung als Minus-Radsatz durch einen Steg und im Falle einer Ausbildung als Plus-Radsatz durch ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, wobei das dritte Element (E33) im Falle einer Ausbildung als Minus-Radsatz durch das Hohlrad und im Falle einer Ausbildung als Plus-Radsatz durch den Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, – wobei die Antriebswelle (GW1) mit dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, – wobei die Abtriebswelle (GW2) mit einem Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei ein Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) sowie mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, – wobei ein Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Steg (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (A) die Antriebswelle (GW1) mit einem Sonnenrad (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist, – wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) das dritte Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (C) das Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (D) der Steg (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (E) die Antriebswelle (GW1) mit dem Steg (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Abtriebswelle (GW2) ausgebildete Verzahnung (GW2A), welche zur Leistungsübertragung an ein getriebe-internes oder getriebe-externes Differentialgetriebe (AG) eingerichtet ist, und die drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) in folgender axialen Reihenfolge angeordnet sind: Verzahnung (GW2A), erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) in der Radsatzebene (RSE), dritter Planetenradsatz (P3).
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) axial zwischen der Radsatzebene (RSE) und dem dritten Planetenradsatz (P3) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (C) zumindest abschnittsweise radial außerhalb des ersten Schaltelements (A) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Elemente des zweiten Schaltelements (B) und die Elemente (E13, E23, E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) in einer Ebene (RSE3) angeordnet sind, welche rechtwinklig zur Drehachse der Antriebswelle (GW1) ausgerichtet ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (D) axial unmittelbar neben dem dritten Schaltelement (C) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (D) radial innerhalb eines Wälzlagers (GW2L) angeordnet ist, welches zur radialen Abstützung der Abtriebswelle (GW2) gegenüber einem drehfesten Bauelement des Getriebes (G) eingerichtet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (D) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist oder alternativ dazu als kraftschlüssiges Reibschaltelement ausgebildet ist, dessen Lamellen ausschließlich belaglose Reibflächen aufweisen.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (GW2A) der Abtriebswelle (GW2) axial zwischen dem fünften Schaltelement (E) und der Radsatzebene (RSE) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte Schaltelement (E) radial innerhalb der Verzahnung (GW2A) der Abtriebswelle (GW2) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Planetenradsatz (P3) als ein Plus-Radsatz ausgeführt ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) aufweist, deren Rotor entweder direkt oder über ein festes Übersetzungsverhältnis, ständig oder schaltbar mit der Antriebswelle (GW1) in Wirkverbindung steht.
Getriebe (G) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) achsparallel zur Antriebswelle (GW1) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsübertragung zwischen der Verzahnung (GW2A) der Abtriebswelle (GW2) und dem getriebe-internen oder getriebe-externen Differentialgetriebe (AG) mittels eines zweistufigen Stirnradsatzes, mittels eines Kettentriebs, oder mittels einem einstufigen Stirnradsatz und nachgeschaltetem Planetenradsatz ausgebildet ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM) und ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist, wobei die Antriebswelle (GW1) des Getriebes (G) über zumindest einen getriebe-internen oder getriebe-externen Torsionsschwingungsdämpfer (TS) entweder direkt oder über eine Trennkupplung (K0) mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) drehelastisch verbunden ist, und wobei Antriebsräder (DW) des Kraftfahrzeugs mit Ausgangswellen des Differentialgetriebes (AG) verbunden sind.